LED被公認為是綠色的第四代光源，是一種固體冷光源，具有高效、壽命長、安全環保、體積小、高可靠性、響應速度快等諸多優點。目前達到同樣的照明效果，LED的耗電量大約是白熾燈的1/10，熒光燈的1/2 。LED驅動電路對LED來說至關重要，而LED調光控制可以節能，高亮度白光LED的驅動和調光是近年來研究的熱點。本文在這方面進行了研究，針對現有電路的不足，設計了一款新穎的帶有調光功能的LED燈驅動電路。
LED的特性
LED的理論光效為300 lm/W。目前實驗室水平達260 lm/W，市場化水平在120 lm/W以上。高亮度LED的一般導通電壓約為3.0~4.3V，其核心是PN結，其 伏安特性與普通二極管相同。其電流電壓關系如式（1）：
式中，VF為二極管正向電壓，I0是反向飽和電流，為定值，q為電子電荷1.6×1019，k為波爾茲曼常數，大小為1.38×10-23，T是熱力學溫度，常數β近似取2。當加在LED上的電壓小于其導通電壓時，LED上幾乎沒有電流通過。但當LED導通后，其正向電流隨正向電壓按指數規律變化， 很小的電壓波動就會引起很大的電流變化。在導通區電壓從額定值的80%上升到100%時，電流則從其額定值的0%上升到100%。
圖1為某種LED相對光通量和其正向電流IF的關系，其他種類的大功率LED光通量與正向電流的關系與此雖有差異，但是差別非常小。圖中可以看出， 當白光LED正向電流大于某一值時白光LED才能有效地發光，LED的光通量和其正向電流成正比的關系，因此可以通過控制LED的正向電流來控制其發光亮度。LED若采用恒壓源驅動，很小的電壓變化將引起很大的電流變化，因此恒壓驅動只適用于要求不高的小功率場合下，在要求高的場合和大功率場合下LED都要采用恒流驅動。
研究表明，LED發光亮度隨工作時間下降，亮度下降后光效隨電流的增加而減少，LED的亮度與驅動電流成飽和關系。LED的電流達到其額定電流的70%~80%后，很大比例的電流轉化成了熱能，因此LED的驅動電流宜為工作電流額定電流的70%~80%。
帶有調光功能的大功率LED燈驅動電路
目前市場主流有三種LED驅動電路，電荷泵電路多在小功率情況下使用；開關電源電路對輸出電流控制不太容易做到精確，且單純開關電源控制有偏差時易損壞LED燈；線性電路效率不高。
基于以上原因，本文設計出全新的LED驅動電路，該電路以單端反激式開關電源作為前級控制，線性的壓控制恒流源作為控制的后級。市電經單端反激式電源變換后可得到直流電壓輸出，該輸出作為后級的壓控制恒流源的輸入。由于壓控制恒流源的輸入電壓是由高效率的單反激式開關電源供電，壓控制恒流源精確控制LED 的同時可在較大范圍改變其恒流源的輸入電壓，故效率和精度都有保證，且可由市電供電。同時，兩級控制不易損壞LED燈。
系統電路如圖2所示。圖中變壓器T1、開關管Q1、二極管D1和電容C1構成單端反激式開關電源;運算放大器U1、U2和功率管Q2等器件構成壓控制恒流源;單片機STC89C51為核心控制器件。灰度值變化時，單片機根據其得到的灰度值產生一相應的亮度控制電壓。亮度控制電壓加在U1的同相輸入端，U1 的反向輸入端是經U2得到的LED的電流信號，R12為電流檢測電阻。U1的輸出電壓即為MOS管Q2的控制電壓，由運算放大器虛短概念知，U1 的反向輸入電壓要等于其正向輸入端上的電壓，也就是穩定時R12上的電流受亮度控制電壓的控制，而不隨負載的變化而變化。單片機根據其得到的灰度值產生一相應的亮度控制電壓的同時還產生一PWM信號，該PWM信號與 TL431上的信號相遇后去控制Q1的開關，然后單片機根據得到的LED電流信號，改變PWM信號的占空比，改變開關電源的輸出電壓，也即改變恒流源的輸入電壓使功率管Q2上的電壓減少，使其在輸出電流不變的情況下工作在可調電阻區或接近于可調電阻區，以提高效率。TL431是三端可調分流基準，在這里 TL431及其相應電相的存在是為了限制開關電源的最高輸出電壓，進一步提高系統的安全性。
光線相對較好時，單片機根據得到的灰度值，控制其輸出的亮度控制電壓，使恒流源的輸出電流相對較小，可達到節能效果。圖2中單片機輸出的亮度控制電壓要經D/A轉換才能供給恒流源，未畫出D/A部分。
驅動電路采用開關電源作為控制的第一級，壓控制恒流源作為控制的第二極，結合了二者優點，效率和控制精度上都有保證，且可由市電直接供電，兩級驅動，安全性高，不易損壞價格較高的LED燈。實驗表明，該系統效率可達83%以上，功率和單端反激式開關電源相同，很值得推廣。
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